初中物理磁场对电流的作用 电动机优质教学设计

3 磁场对电流的作用 电动机

[学习目标]

1.   知道磁场对通电导体有力的作用。
2.   知道磁场能使通电线圈转动。
3.   了解直流电动机转向器的原理。

一、磁场对通电导线的作用

1．通电导体在磁场里，会受到____的作用。

2．通电导体在磁场里，受力方向与________和________有关。

二、电动机

1．原理：电动机是根据____________________的原理制成的，是将____转化为____的装置。

2．构造：电动机是由____(能够转动的部分)和____(固定不动的部分)两部分组成的。

3．换向器是由两个铜制半环构成的，两者彼此绝缘。换向器的作用是每当线圈刚转过_______时，能自动改变线圈中________，使线圈连续转动。

4．电动机的转动方向由________和________决定。改变电动机转动方向的方法：改变电流方向(交换电压接线)或改变磁感线方向(对调磁极)。

5．电动机转速的大小与线圈的____、线圈中________、________有关，即线圈匝数越多，电流越大，磁场越强，转速越快。提高电动机转速的方法：增加线圈的匝数、增加磁体的磁性、增大电流。

6．与热机相比，电动机的优点：________；________；________；________；________；________。

一、磁场对通电直导线的作用

早在19世纪初，法国物理学家安培在大量实验中发现：

现象：按图组装实验器材，给直导线通电，观察到通电直导线发生偏转；改变直导线中的电流方向，偏转方向和原来相反；将磁极对调，改变磁场的方向，通电直导线偏转方向也相反。

当电流方向或磁场方向与原来相反时，力的方向也与原来的相反；当电流方向和磁场方向同时改变时，力的方向不变。

总结：磁场对通电导体有力的作用，力的方向与电流方向和磁场方向有关。

二、磁场对通电线圈的作用

现象：用漆包线绕成线圈，将线圈两端的漆包线刮去放入磁场，闭合开关，线圈转动。 

平衡位置：通电线圈的平面与磁感线垂直时，线圈受到的磁场的作用力相互平衡，我们把这个位置称为平衡位置。因此，当线圈刚转过平衡位置时，如果立即改变其中的电流方向，那么通电线圈就能在磁场力的作用下继续转动。

三、直流电动机及原理

原理：通电线圈在磁场中受力转动；

能量转化：电动机工作时，将电能转化为机械能。

电动机不转的原因：线圈处于平衡位置、磁铁无磁性、电路断路等几种情况；

改变线圈转动方向：可以改变电流方向或改变磁场方向；(实验过程常采用控制变量法；另外，当电流方向和磁场方向同时改变时力的方向不变)

换向器：(1)构造：由两个铜半环构成；(2)作用：能自动地改变线圈中的电流方向，使线圈能连续转动。

知识点一：磁场对通电导体的作用

【探究重点】

1．通电导体在磁场里受力的方向，跟电流方向和磁感线方向有关。(当电流方向或磁感线方向两者中的一个发生改变时，力的方向也随之改变；当电流方向和磁感线方向两者同时都发生改变时，力的方向不变。)

2．当通电导线与磁感线垂直时，磁场对通电导线的力最大；当通电导线与磁感线平行时，磁场对通电导线没有力的作用。

【例题精讲】

1. （2022·江苏连云港）如图所示，闭合开关，导体就会运动起来，在此过程中，___________能转化为___________能。利用这一原理可以制作___________。

【巩固训练】

2. (2020•常州中考)某校刚刷完地坪漆的地下室内。弥漫着刺鼻的油漆味。为加快排出易燃、有毒气体，兴趣小组设计了如图所示的可调直流排气扇。直流电动机的工作原理是　            　。在讨论时，物理老师指出该方案的不足：每当线圈平面转过与磁感线相　    　(平行/垂直)的位置时，换向器自动改变线圈中电流的方向，电路处于“通路→断路→通路”快速切换状态，极易激发电火花，成为火灾隐患。

知识点二：电动机构造和原理

【探究重点】

1．注意不转的原因

2．了解平衡位置

【例题精讲】

3. （2022·江西省）如图所示，是某同学在科技节上展示的作品结构图。该作品的工作原理是通电线圈在______中受力转动，它就是一个自制的______机模型图。

【巩固训练】

4. 一次家庭探究活动中，小华把一个正在发光的灯泡放到U形磁体中间，惊讶的发现了灯丝突然晃动起来．关于这种现象，下列说法正确的是

A．灯丝晃动是一种电磁感应现象

B．灯丝晃动是内能转化成了机械能

C．磁体对钨这种材料有吸引作用

D．灯丝晃动是磁场对电流的作用

知识点三：换向器

【探究重点】

换向器：(1)构造：由两个铜半环构成；(2)作用：能自动地改变线圈中的电流方向，使线圈能连续转动。

【例题精讲】

5. (2021·安徽中考真题)图示为直流电动机的工作原理图。线圈abcd处于向右的磁场中，两个铜半环E和F跟线圈两端相连，可随线圈一起转动，两半环中间断开，彼此绝缘；A和B是电刷，它们分别跟两个半环接触，使电源和线圈组成闭合电路。在图示位置，电流沿dcba流过线圈，dc边受到磁场的作用力向下，则(　　)

A．线圈在图示位置时，ab边受到磁场的作用力向下

B．线圈由图示位置转过180o时，电流沿dcda流过线圈

C．线圈由图示位置转过180°时，dc边受到磁场的作用力向下

D．线圈由图示位置转过180°时，ab边受到磁场的作用力向下

【巩固训练】

6. (2021·内蒙古通辽·中考真题)如图所示，一个综合实践小组用一段漆包线绕成线圈，用小刀刮两端引线的漆皮，一端全部刮去，另一端只刮上半圈或下半圈。将线圈放在用硬金属丝做成的支架m、n上，并按图示连接电路，则电磁铁的上端是______极。闭合开关，用手轻推一下线圈，线圈会持续转动，这就是简易的______(填“发电机”或“电动机”)。

知识点四：电动机实验

【探究重点】

通电直导线(线圈)在磁场中受到力的作用。力的方向与磁场方向、导线电流方向有关。磁场对通电导线和通电线圈作用而运动过程中，把电能转化为机械能，电动机就是从这一理论设计制造出来的。

【例题精讲】

7. (2021·浙江嘉兴市·中考真题)电动机在现代生产、生活中有广泛的应用。

(1)如图所示是电动机原理图，将通电线圈abcd置于磁场中，线圈的ab、cd边受到______，使线圈转动起来；

(2)某电动车是利用电动机来驱动车轮转动的，遇到障碍时，只要按下倒车开关就能改变线圈中______来实现倒车。

【巩固训练】

8. (2021•昆明模拟)在探究“电动机为什么会转动”的实验中：

(1)我们首先想到的是磁体间发生相互作用是因为一个磁体放在了另一个磁体的磁场中，那么通电导体周围也存在　   　，磁体会对通电导体产生力的作用吗？

(2)如图所示，将一根导体ab置于蹄形磁铁的两极之间，未闭合开关前，导体　   　，闭合开关后，导体　  　，说明磁场对　   　导体有力的作用。

(3)断开开关，将图中磁铁的N、S极对调，再闭合开关，会发现导体ab的运动方向与对调前的运动方向　 　，说明通电导体在磁场中的受力方向与　    　有关。

(4)断开开关，将图中电源的正、负极对调，再闭合开关，会发现导体ab的运动方向与对调前的运动方向   　，说明通电导体在磁场中的受力方向与　    　有关。

(5)如果同时改变磁场方向和电流方向，　    确定受力方向与磁场方向或电流方向是否有关(填“能”或“不能”)。

1. (2020·青岛)下列用电器，利用电流磁效应工作的是(　　)

A. 电铃 B. 手摇发电机 C. 电动玩具车 D. 电熨斗

2. （多选）(2021·四川泸州市·中考真题)如图所示是研究电与磁关系的示意图，ab为一根电阻不可忽略且能自由移动的导体棒，其中单刀双掷开关S的c、d两点为触点，则下列说法正确的是(　　)

A．当单刀双掷开关S的触片P置于c点，该装置相当于电动机的工作原理

B．当单刀双掷开关S的触片P置于d点，该装置相当于电动机的工作原理

C．撤走蹄形磁铁，在Q点放置一小磁针，同时将单刀双掷开关S的触片置于c点，该装置可验证奥斯特实验

D．撤走蹄形磁铁，在Q点放置一小磁针，同时将单刀双掷开关S的触片置于d点，该装置可验证奥斯特实验

3. 如图所示，闭合开关，导体ab就会运动起来，下列说法正确的是 (　 　)

A.发电机是利用这一原理工作的

B.在此过程中，机械能转化为电能

C.此实验说明磁场对通电导体有力的作用

D.同时改变电流方向和磁场方向，可以改变导体ab的运动方向

4. (2021•常州模拟)小明用漆包线绕成线圈，将线圈两端的漆全部刮去后放入磁场，如图所示，闭合开关S后，发现线圈只能偏转至水平位置、不能持续转动。为使线圈持续转动，下列措施中可行的是(　　)

A．换用电压更大的电源 

B．换用磁性更强的磁体 

C．重新制作匝数更多的线圈，将线圈两端的漆全部刮去 

D．在线圈的一端重抹油漆，干后在适当位置刮去半圈

5. 如图为直流电动机的工作原理图，分析正确的是 (　 　)

A.改变磁场方向可以改变线圈转动的方向

B.电动机通电后不转，一定是电路断路

C.电动机工作过程中，消耗的电能全部转化为机械能

D.线圈连续转动是靠电磁继电器来实现的

6. (2020•宿迁中考)如图所示，当闭合开关的瞬间，导体棒AB水平向右运动；若同时对调电源与磁体的两极，再次闭合开关时，导体棒AB的运动方向是(　　)

A．水平向右 B．水平向左 C．竖直向上 D．竖直向下

7. (2021•宜宾模拟)扬声器是把电信号转换成声信号的一种装置，如图所示是扬声器构造示意图。当线圈中通过变化电流时，线圈受到　    　力作用，从而带动与线圈相连的纸盆　      　，于是扬声器就发出了声音。

8. (2021•苏州模拟)在研究“磁场对通电导体(电流)有力的作用”实验中。

(1)利用图甲所示的装置研究“磁场对电流的作用”时，应在a、b之间接入　　   　　(选填“灵敏电流计”“电源”或“灯泡”)；若在a、b之间接入　　   　　(选填“灵敏电流计”“电源”或“灯泡”)可研究“电磁感应现象”。

(2)如图乙、丙中，磁体间磁场的磁感线方向都是从磁体N极水平指向S极，且线圈所处的空间磁场强弱是恒定不变的(也称匀强磁场)。

①图乙中，通电后cd段导线受磁场力的方向为竖直向下，此时，ab段导线所受磁场力的方向是竖直向上，这两个力　　   　(选填“是”或“不是”)一对平衡力。

②图丙中的线圈可以持续转动，是在外部加装了　   　　，该装置能使线圈平面刚处于　　   　　(选填“平行磁感线”“垂直磁感线”或“任一”)位置时，自动改变线圈中的电流方向。

9. 某同学想探究磁场对通电导体的作用力方向与哪些因素有关。他连接了如图所示的电路进行实验，闭合开关，观察导体 ab 的运动情况；保持电流的方向不变，把磁体的N 极和S 极位置对调，观察导体 ab 的运动情况。

(1)该实验探究的问题是磁场对通电导体的作用力方向与            是否有关。

(2)若闭合开关后，导体 ab 不动，请猜想导体 ab 不动原因可能是           。

1. （2022·重庆A）有关电和磁的知识，下列说法正确的是（　　）。

A. 电动机工作将机械能转化为电能 B. 摩擦起电的实质是创造了电荷

C. 通电导体的周围真实存在磁感线 D. 同名磁极相排斥，异名磁极相吸引

2. 在物理学中，用表示电流的方向垂直于纸面向里，⊙表示电流的方向垂直于纸面向外。如图所示，图表示直导体a在磁场中受到一个既跟电流方向垂直，又跟磁感线方向垂直的水平向左的磁场力F，选项的四种情况中，通电导体b受到的磁场力方向水平向左的是(　　)

    A．    B．    C．    D．

3. (2021•宿迁模拟)如图所示，干电池底部吸有强磁铁(可导电)，在干电池的正极上支有一“门”字形导线框，导线框B侧和套在强磁铁上导电圆环C连接，导线框和圆环C能够一起绕干电池持续转动，圆环C在转动过程中与强磁铁接触良好。导线框转动的动力来源(　　)

A．只有线框A侧受到磁场对电流的作用 

B．只有线框B侧受到磁场对电流的作用 

C．线框A侧、B侧都受到磁场对电流的作用 

D．线框A侧、B侧都不受到磁场对电流的作用，是受到的其它外力

4. (2021·辽宁中考真题)下列四个实验能反映电风扇工作原理的是(  )。

A．   B．  C．  D．

5. (2021·山东潍坊市·中考真题)如图所示是某同学自制的玩具电动机，一块钕铁椭圆形磁铁吸在干电池底部，将一段裸露的铜线折成矩形线框，上边与电池正极接触，下边搭接在磁铁上，观察到线框顺时针转动，则(　　)

A．该过程中机械能转化为电能

B．线框左右两边所受磁场力方向相同

C．若仅调换电池两极，线框将逆时针转动

D．若仅调换磁铁两极，线框仍顺时针转动

6. (2021·浙江省嘉兴市)电动机在现代生产、生活中有广泛的应用。

如图所示是电动机原理图，将通电线圈abcd置于磁场中，线圈的ab、cd边受到______ ，使线圈转动起来。

某电动车是利用电动机来驱动车轮转动的，遇到障碍时，只要按下倒车开关就能改变线圈中______ 来实现倒车。

7. (2021·内蒙古中考真题)如图是某灵敏电流计的内部结构示意图，线圈在磁场中，指针与线圈相连．当线圈中有电流通过时，线圈会转动，原因是________________________；若改变线圈中的电流方向，指针的偏转方向将________．

8. （2022·湖北宜昌）如图在扬声器的线圈两端连接干电池，扬声器______持续发声，线圈______持续受到磁场的作用力。（均选填“会”或“不会”）

9. 如图所示，线圈位于磁场中，当K与1接通时，段导线中电流方向为  (选填““或“”)，段导线受磁场力的方向竖直向上，请在图中画出此时段导线受到的磁场力     ；当K改为与2接通时，段导线受磁场力方向       。

1. 闭合图中的开关，通电导体PQ从静止向右运动。小明断开开关进行操作，最后再闭合开关，发现PQ向左运动。小明的操作可能是(　　)

A．仅把PQ前后互换

B．仅把磁体左右互换

C．仅把开关的接线反接

D．仅把电源两极的接线反接

2. (2021•无锡模拟)如图甲所示，将一对用软磁性材料制成的弹性舌簧密封于玻璃管中，舌簧端面互叠，但留有间隙，就制成了一种磁控元件﹣﹣干簧管，以实现自动控制。某同学自制了一个线圈，将它套在干簧管上，制成一个干簧继电器，用来控制灯泡的亮灭，如图乙所示为工作原理图。与干簧继电器在工作中所利用的电磁现象无关的是

(　　)

A．磁化 B．电流的磁效应 

C．磁极间的相互作用 D．磁场对电流的作用

3. “通电导体在磁场中受到力的作用”也称为“磁场对电流的作用”，而这个力其实是导体内电荷运动时受到的力的合力。如图所示，是一段通电导体在磁场中受到的力的示意图，则以下关于对带电粒子在均匀磁场中运动时的受力方向描述正确的是(“×”表示磁感线垂直纸面向里，“”表示磁感线垂直纸面向外)(　　)

A． B． C．   D．

4. 如图所示是一磁悬浮摆设，底座通电后，把圆柱体放在底座的上方，圆柱体可以悬浮在空中，再按底座上的“运动”按钮，圆柱体可从悬浮的位置开始上下运动，每次到达的最高点的高度相同。关掉电源后，圆柱体会下落到底座上。圆柱体在上下运动的过程中(　　)

A．只有重力在做功

B．圆柱体的机械能守恒

C．圆柱体的速度大小一直不变

D．整个磁悬浮摆设一定需要消耗电能

5. (2021·贵州贵州·中考真题)学习科学知识的价值之一，是将所学知识创造性地服务于社会。如“通电导线在磁场中受到力的作用”就有许多实际应用。下列发明成果应用了这一知识的是(　　)

A．发电机 B．动圈式话筒

C．电磁继电器 D．电动机

6. 小刚将“220V 100W”的灯泡接在家庭电路中，闭合开关，用一蹄形磁铁去靠近灯泡的玻璃泡(如图甲所示)，发现发光的灯丝晃动了，这是由于                  。该灯正常工作1h能使图乙中的电能表的指示灯闪烁     次。如该灯泡接在110V的电路中，它的实际功率是       W。(不考虑灯丝电阻的变化)

甲         乙

7. 我们中考复习备考时，天气闷热，小明同学购买了一台可调速手持式电风扇。他在使用时发现有三个调速档位，激发了他对直流电动机的转动快慢进行探究的欲望。

提出问题：电动机转动的快慢跟哪些因素有关呢？

实验前，小明提出了以下猜想：

猜想一：与电动机两端的电压高低有关；

猜想二：与通过电动机的电流大小有关。

为了验证自己的猜想，小明从学校实验室借来如下仪器进行实验：直流电动机、学生电源(电压可调)、滑动变阻器、电流表、电压表、开关、导线等，并设计了图甲所示的电路图。

(1)根据甲图，在乙图中用笔画线代替导线把实物图连接完整      。

(2)为了验证猜想一，他调节电源电压和改变滑动变阻器滑片P的位置进行实验，记录了电压表的示数、电动机转动的快慢如下表：

根据数据得出的结论是：在一定电压范围内电动机两端的电压越高，转动越      。

(3)为了验证猜想二，他保持电源电压不变、仅改变滑动变阻器滑片P的位置，记录了电流表的示数、电动机转动的快慢如下表：

根据数据得出的结论是：在一定电流范围内通过电动机的电流越大，转动越      。

(4)电动机在转动时，主要把电能转化为      能；

(5)为了改变电动机的转动方向，小明采取了如下措施，你认为可行的有      。

A．换用磁性强弱不同的磁铁

B．只改变电流的方向

C．只改变磁场的方向

D．同时改变电流的方向和磁场的方向

以上是小明同学所做的初步实验探究，以后你还会有机会探究直流电动机的电压与电流的关系等更有趣的实验，会有更多的物理奥秘等待你去发现。